Kako izgraditi model solarne kuće za dječji projekt

Solarna energija dio je vala "čistih" ili "zelenih" izvora energije 21. stoljeća, odnosno onih koji ne emitiraju proizvode izgaranja ugljika u okoliš u značajnim količinama ili na svi. Ti se izvori energije nazivaju i obnovljivim izvorima energije, iako to može zbuniti jer nuklearna energija, iako "čista", tehnički nije izvedena iz obnovljivog izvora energije.

Solarna energija, energija vjetra i povećani naglasak na geotermalnoj energiji i hidroelektričnoj energiji su dio uglavnom usklađenih svjetskih napora za smanjenje emisije stakleničkih plinova poput ugljičnog dioksida (CO₂) i tako smanjiti očekivani utjecaj klimatskih promjena na globalnu civilizaciju prije kraja stoljeća.

Izvrsna ideja za znanstveni projekt za djecu je pokazivanje praktične primjene obnovljive energije koristeći stvar ili model solarna kuća, ili prikazom klase jedne od radnih komponenti solarne mreže za sakupljanje.

Razlog za panele na solarnoj kući je stvaranje električne energije, obično i za električnu energiju i za toplu vodu. Ova snaga nekako dolazi od sunca. Ali kako, točno?

Vlast u fizici je energije po jedinici vremena, ili ekvivalentno tome, rad u jedinici vremena. Energija pojavljuje se u fizici u mnogim oblicima, uključujući toplinski, gravitacijsko-potencijalni, kinetički, električni i zvučni; standardna jedinica je džul (J), često izražen ekvivalentno newton-metru (N⋅m). Ostale jedinice su kalorije, ergovi i britanske termalne jedinice (Btu).

Kada se energija koristi za obavljanje posla, poput napajanja električnog generatora ili aktiviranja grijaćih zavojnica proizvođača tople vode i spremnika, brzina kojom se taj posao obavlja naziva se snaga. Standardna jedinica je vat (W) ili J / s. 745,7 W = 1 konjska snaga (KS).

• Kada plaćate račun za komunalne usluge, možda ste primijetili da se mjere jedinice potrošnje kilovat-sati (kW⋅hr). Ova nekonvencionalna jedinica izgleda poput snage, ali budući da ima jedinice snage pomnožene vremenom, zapravo je energija.

Kad istrčite sve što duže možete, što je oko minute, sposobni ste (ovisno o vašem mase) generiranja oko 800 W snage ili blizu 1 KS - dovoljno dobro da zadrži srednje veliku mikrovalnu pećnicu ide. Ali za dugotrajne oblike ljudskog vježbanja, poput hodanja ili vožnje biciklom, tipičniji je izlaz od 250 do 400.

Solarna energija je najrasprostranjeniji dostupni izvor energije bez zagađenja, a zapravo je krajnji izvor energije svih bioloških procesa na Zemlji. Njegova je primarna uporaba za proizvodnju električne energije, proizvodnju topline ili oboje. Solarna energija koristi se ne samo u kući već i u sve većem broju komercijalnih i industrijskih okruženja.

Tri su osnovna načina za hvatanje sunčeve energije: solarno grijanje i hlađenje (SHC) aplikacije, koncentriranje solarne energije (CSP) aplikacije i fotonaponski (PV) stanice. Prva dva koriste se uglavnom za proizvodnju topline u industrijskim ili većim okruženjima, dok su PV stanice glavni elementi u karakteristični nizovi koje vidite na krovu solarne kuće ili ponekad na poljima uz mjesta koja koriste sunčevu energiju.

Solarni panel izložen izravnoj sunčevoj svjetlosti može generirati do 1.000 w / m². Ukupna količina generirane energije ovisi o broju PV stanica i vremenu izloženosti, kao i kut upada sunčevih zraka, koji su u prosjeku izravniji na geografskim širinama bližim Zemljinim ekvator.

Fotonaponske ćelije lako se mogu prepoznati kao dijelovi solarnih panela, ali ih se također u minijaturi može naći u kalkulatorima na solarni pogon i drugim prijenosnim uređajima. Oni se koriste fotoelektrični efekt, što je sposobnost fotona ("paketića" svjetlosti) da izbace elektrone bez atoma kojima pripadaju. Naknadni tok ovih nabijenih i naponskih elektrona može se koristiti za proizvodnju električne energije za trenutnu upotrebu ili skladištenje.

Element silicij posuđuje se PV stanicama jer se može natjerati da djeluje poput izolatora, što je loše vodič električne struje, ili se može učiniti da djeluje poput vodiča, ovisno o potrebama inženjera koji rade s tim. To silicij čini poluvodičem, a time i kritičnom komponentom suvremenih PV stanica.

Što je najvažnije, električna struja (protok elektrona) stvoren solarnom energijom i PV stanicama je istosmjerna struja (DC). To je suprotno izmjeničnoj struji (AC) koja ulazi u većinu modernih domova. Tako je uređaj nazvan pretvarač dostupan je vlasnicima solarnih kuća ili učiteljima koji žele pokazati učenicima kako solarne kuće rade.

Nema smisla graditi solarni dom ako cijelu kuću ne postavite tako da maksimizira energetsku učinkovitost, jer solarna energija može biti teška za postizanje cijelo vrijeme čak iu sunčanim klimatskim uvjetima. Jasno je da je geografija važna. Studenti mogu pokazati kako kut solarnih panela nije usmjeren ravno prema SAD-u, već prema gore i prema jugu; zašto bi to bilo i kako bi se to promijenilo za solarni dom, recimo na jugu Argentine?

Solarne kuće dizajnirane su za pasivno skladištenje topline zahvaljujući, na primjer, visokoj toplinskoj masi i puno kamenih zidova. Uz pravilno poravnate prozore, treba odabrati i tamnije boje kako bi se maksimalno iskoristila prisutna toplinska masa.

Možete prikazati različite stilove, poput izravnog dobitka, u kojem prikupljena energija i snaga struje od juga, poput prozora okrenutih prema jugu, prema ostatku kuće) i neizravni dobitak korištenjem značajki kao što su Trombeovi zidovi, u kojima se prostori između zidova u kratkom roku pohranjuju u energiju termin.

Svi ovi koncepti mogu se prikazati djeci većine dobnih skupina, a stariji mogu upotrijebiti opće informacije kako bi krenuli u vlastite projekte. Izgradnja PV ćelije vjerojatno je preambiciozna za većinu; bolja ideja bi bila da učenici uz pomoć interneta i možda svojih roditelja pokušaju pronaći koliko je PV stanica u upotrebi u uređajima u kući ili barem na često viđenim mjestima.

Učenicima je važno prepoznati izazove koji su svojstveni skladištenju velikih količina električne energije u usporedbi s, recimo, podacima ili materijalom koji se koristi u nuklearnim elektranama. Ako bi baterije mogle držati gotovo beskonačne količine električne energije, kako bi se svijet mogao promijeniti? Bi li solarne kuće trebale biti na posebno sunčanim mjestima?

Od 2019. godine solarna energija činila je samo 1 posto ili nešto manje američke energije. S druge strane, u 2017. godini solarna energija iznosila je trećinu sve „nove“ potrošnje energije, što je čini industrijom u porastu.

U međuvremenu, Snaga vjetra činila je oko 6 posto američke energije širom zemlje, a očekivalo se da će ga uskoro s tim u vezi prestići hidroelektrana. Konačno, biomasa je još jedan noviji igrač u igri obnovljivih izvora energije; izgaranje materijala od mrtvih životinja i biljaka može pokretati turbine, ali je ne smatra se čistim.

Očekuje se da će ovi izvori energije postati sve popularniji kako ljudi i vlade širom svijeta postaju sve nemoguće poricati klimatske promjene.